一種碳纖維生產設備輥輪的製備方法
2023-06-12 16:02:41 2
一種碳纖維生產設備輥輪的製備方法
【專利摘要】本發明涉及碳纖維生產設備，具體是一種碳纖維生產設備輥輪的製備方法。本發明在常規輥輪表面，利用等離子噴塗技術製備一種Al2O3/CrO塗層，使Al2O3/CrO微球顆粒均勻分布在輥輪表面，從而在輥輪表面形成許多光滑的微球面，改善纖維傳送過程中的損傷，可以滿足碳纖維生產設備上的具體工況要求。
【專利說明】一種碳纖維生產設備輥輪的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及碳纖維生產設備，具體是一種碳纖維生產設備輥輪的製備方法。
技術背景
[0002]碳纖維是一種含碳量高於90%的力學性能優異的新材料，它不僅具有碳材料的固有本徵特性，又兼備紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維；碳纖維可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料；碳纖維除用作絕熱保溫材料外，一般不單獨使用，多作為增強材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中構成複合材料，總之，碳纖維的應用領域非常廣。
[0003]碳纖維生產的基本工藝過程是:原絲由放線機構放出，經過多個轉輥傳遞之後進入氧化/碳化爐，最後進行表面清洗上漿；在整個生產過程中纖維原絲及其過程產品需要經過多次轉輥傳動，並且在整個生產線上只有末端的收絲機有牽引動力，而在纖維傳送過程中對各處的張力要求較高，幾乎需要達到恆張力控制，因此在纖維與轉輥接觸的過程中需要產生一定的摩擦力；傳統的傳動輥輪主要是不鏽鋼材料經過機械加工後進行簡單地表面鍍鉻處理，這無法有效消除輥輪由於機械加工而導致的輥輪表面紋理呈銳角分布，這種銳角分布在纖維傳動時會對纖維表面產生劃傷，進而影響纖維產品的質量。
【發明內容】
[0004]本發明提供一種硬度高，耐磨，耐強酸強鹼腐蝕的具有多光滑微球面的應用於碳纖維傳遞的輥輪。
[0005]本發明所要解決的問題是在常規輥輪表面，利用等離子噴塗技術製備一種A1203/CrO塗層，使Al203/Cr0微球顆粒均勻分布在棍輪表面，從而在棍輪表面形成許多光滑的微球面，改善纖維傳送過程中的損傷，可以滿足碳纖維生產設備上的具體工況要求。
[0006]本發明的一種碳纖維生產設備用輥輪製備方法，其核心加工工藝如下:
1、利用數控車床對不鏽鋼表面進行加工，製造出直徑為150mm、長度為200mm的輥輪；
2、採用外圓磨床對輥面進行磨削加工，使表面粗糙度達到1μ m ;
3、採用溶膠-凝膠法合成不同含量的CrO的A1203納米複合粉體，主要原料為，仲丁醇鋁，鉻酸叔丁酯，異丙醇等，其製備步驟為:
1)將仲丁醇鋁與有機溶劑按物質的量比1:8~12混合，攪拌溶解，得到混合溶液1。
[0007]2)將鉻酸叔丁酯與有機溶劑按物質的量比為1:l(Tl:15混合後得到混合溶液2，將混合溶液2按照質量比為1: f 1:3與混合溶液1混合得到混合溶液3，然後緩慢滴加與混合溶液3等體積的異丙醇的去離子水溶液，異丙醇與去離子水的體積比為2:1~1:1，攪拌混
[0008]3)將上述混合物烘乾、煅燒後即得Al203/Cr0納米複合粉體。
[0009]所述有機溶劑為異丙醇、苯或無水乙醇。
[0010]所述的攪拌溶解指在50°C下攪拌20~30 min。[0011 ] 所述攪拌混合指攪拌22-26h。
[0012]所述的煅燒指1100°C煅燒1小時。
[0013]4、利用噴霧乾燥機對複合納米粉體進行噴霧造粒:取體積比為1:2的聚乙烯醇去離子水溶液，每升聚乙烯醇去離子水溶液加入500gAl203/Cr0納米複合粉體，超聲混勻，然後用噴霧乾燥機噴霧造粒，得到顆粒大小為廣10 μ m的團聚小球。
[0014]5、利用APS-2000等離子噴塗設備進行噴塗；上述製備方案中，步驟5中等離子噴塗所採用的參數為Ar:30 L/min, H2:1.5 L/min,電流:520 A,電源50 V，噴塗距離:5~8 cm,送粉率為3~5 r/min。[0015]步驟3所述製備Al203/Cr0納米複合粉體，有效解決以往分步製備塗層的問題，實現兩種複合材料塗層一步完成，有效改善粉體混合均勻性，提高材料界面結合力，解決單一鍍鉻帶來的表面易擦傷纖維等問題。
[0016]本發明具有操作較簡單、製備所用設備少、塗層性能穩定等特點，易於大批量生產，可以用於碳纖維及其他特種纖維製造設備上。
[0017]【專利附圖】
【附圖說明】:
圖1為本發明中所製備棍輪表面塗層的SE!M圖；
圖2為本發明中所製備輥輪表面塗層的橫截面SEM圖；
圖3為輥輪表面與不鏽鋼球在不同載荷下對磨的摩擦係數曲線圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和具體實施例對本發明的技術方案作進一步說明，但本發明並不限於此，圖1、圖2分別為本發明所製備塗層的表面形貌SEM圖和截面的SEM圖，圖3為製得的輥面塗層與不鏽鋼球在不同載荷下對摩的摩擦係數隨時間的曲線。
[0019]以下實施例中所用的原材料如下:
仲丁醇鋁(化學純)、鉻酸叔丁酯(化學純)、異丙醇(化學純)、去離子水自製。
[0020]本發明輥輪的製備方法包括如下步驟:
1、不鏽鋼輥輪的表面切削、磨削加工；
2、CrO的A1203納米複合粉體製備；
3、A1203/Cr0納米複合粉體的噴霧造粉；
4、利用離子噴塗設備進行不鏽鋼表面噴塗。
[0021]實施實例:
1、利用數控車床對不鏽鋼表面進行加工，製造出直徑為150mm、長度為200mm的輥輪；
2、採用外圓磨床對輥面進行磨削加工，使表面粗糙度達到1μ m ;
3、採用溶膠-凝膠法合成CrO的A1203納米複合粉體，主要原料為，仲丁醇鋁，鉻酸叔丁酯，異丙醇等，主要製備步驟為:
1)將70g的仲丁醇鋁溶於200ml的異丙醇溶劑中，50°C下攪拌25min以提高仲丁醇鋁的溶解度得到混合溶液1 ;
2)將50g鉻酸叔丁酯溶於180ml的異丙醇中配置成混合溶液2，加入到混合溶液1中得到混合溶液3，攪拌均勻，然後緩慢滴加入與混合溶液3等體積的異丙醇去離子水溶液，，異丙醇與去離子水的體積比為1.5:1，攪拌24 h ；3)將上述混合物烘乾、1100°C煅燒1小時後即得Al203/Cr0納米複合粉體。
[0022]4、利用噴霧乾燥機對複合納米粉體進行噴霧造粒:將所得的Al203/Cr0納米複合粉體與體積比為1:2的聚乙烯醇去離子水溶液200ml混合，超聲30分鐘混勻，然後用噴霧乾燥機噴霧造粒，得到顆粒大小為f 10 μ m的團聚小球；
5、利用APS-2000等離子噴塗設備進行噴塗；上述製備方案中中，步驟5中等離子噴塗所採用的參數為Ar:30 L/min, H2:1.5 L/min,電流:520 A,電源50 V,噴塗距離:7 cm,送粉率為4 r/min，噴塗時間30分鐘，獲得的塗層表面形貌如圖1、2所示的SEM圖，從圖1中可見塗層表面顆粒呈微球型分布，圖2所示塗層截面結構緻密。
[0023]將所製備的輥輪表面塗層分別浸泡在0.lmol/L的NaOH水溶液和0.lmol/L的H2S04A溶液中72小時，表面未見侵蝕坑出現，在摩擦磨損試驗機上以不鏽鋼球為對偶件進行摩擦學實驗，由於實際生產中輥輪的線速度通常比較低，因此只考慮載荷對輥面摩擦性能的影響，測得不同載荷作用下輥面的摩擦係數，如圖3所示，發現在1N及以下載荷作用時，輥面的摩擦係數為0.07左右，且摩擦係數穩定，這有效提高了碳纖維傳遞過程中的平穩性，有助於纖維牽引過程中 恆張力控制。
【權利要求】
1.一種碳纖維生產設備輥輪的製備方法，其特徵在於包括如下步驟:不鏽鋼輥輪的表面切削、磨削加工；2)採用溶膠-凝膠法合成CrO的A1203納米複合粉體:將仲丁醇鋁與有機溶劑按物質的量比1:8~12混合，攪拌溶解，得到混合溶液1 ;將鉻酸叔丁酯與有機溶劑按物質的量比為1:l(Tl:15混合後得到混合溶液2，將混合溶液2按照質量比為1: f 1:3與混合溶液1混合得到混合溶液3，然後緩慢滴加與混合溶液3等體積的異丙醇的去離子水溶液，異丙醇與去離子水的體積比為2:1~1:1，攪拌混合；將上述混合物烘乾、煅燒後即得Al203/Cr0納米複合粉體；3)利用噴霧乾燥機對複合納米粉體進行噴霧造粒:取體積比為1:2的聚乙烯醇去離子水溶液，每升聚乙烯醇去離子水溶液加入500gAl203/Cr0納米複合粉體，超聲混勻，然後用噴霧乾燥機噴霧造 粒，得到顆粒大小為f 10 μ m的團聚小球；4)利用等離子噴塗設備進行噴塗，等離子噴塗所採用的參數為Ar:30 L/min，H2:1.5L/min,電流:520 A,電源50 V,噴塗距離:5~8 cm,送粉率為3~5 r/min。
2.如權利要求1所述的一種碳纖維生產設備輥輪的製備方法，其特徵在於:所述有機溶劑為異丙醇、苯或無水乙醇。
3.如權利要求1所述的一種碳纖維生產設備輥輪的製備方法，其特徵在於:所述的攪拌溶解指在50°C下攪拌2(T30 min。
4.如權利要求1所述的一種碳纖維生產設備輥輪的製備方法，其特徵在於:所述攪拌混合指攪拌22-26h。
5.如權利要求1所述的 一種碳纖維生產設備輥輪的製備方法，其特徵在於:所述煅燒指1100°C煅燒1小時。
6.如權利要求1所述的一種碳纖維生產設備輥輪的製備方法，其特徵在於:所述的不鏽鋼輥輪的表面切削、磨削加工指:利用數控車床對不鏽鋼表面進行加工，製造出直徑為150mm、長度為200mm的棍輪；採用外圓磨床對棍面進行磨削加工，使表面粗糙度達到1 μ m。
【文檔編號】C23C4/12GK103628019SQ201310536276
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月4日 優先權日:2013年11月4日
【發明者】程廣貴, 石陽陽, 丁建寧, 張忠強, 佘凱, 凌智勇 申請人:江蘇大學